A utilização de microrganismos na agricultura é uma prática antiga, e no caso da inoculação de culturas leguminosas com Rhizobium sp. já é uma prática comum (Bashan, 1998). Actualmente, existe um grande interesse na aplicação de microrganismos benéficos quer em sistemas agrícolas (Niranjan-Raj et al., 2005) quer em sistemas florestais (Brunetta, 2006). Este renovado interesse está relacionado com a necessidade de aumentar a produtividade, principalmente dos sistemas agrícolas, e minimizar as consequências nefastas para o ambiente (Lucy et al., 2004).
Existem diversos termos e definições associados aos microrganismos capazes de promover o crescimento vegetal. O termo mais utilizado é o de Rizobactérias Promotoras do Crescimento Vegetal (PGPR – Plant Growth Promoting Rhizobacteria), o qual se refere a bactérias rizosféricas cujo metabolismo produz compostos capazes de promover directa ou indirectamente o crescimento das plantas (Bashan, 1998). Esta definição exclui as micorrizas, por serem fungos, e o Rhizobium sp., por ser endófito. Outras definições que podemos encontrar são biofertilizantes, biopesticidas e bioestimulantes. Estas definições referem-se ao modo como os organismos actuam e promovem o crescimento das plantas e não especificam o tipo de organismo envolvido. Os biofertilizantes têm como função incrementar directamente a nutrição vegetal, incluem as micorrizas e as bactérias fixadoras de N2. Os biopesticidas promovem o crescimento vegetal pela produção de
compostos que inibem o desenvolvimento de organismos fitopatogénicos, estão incluídas diversas espécies de Bacillus. Os bioestimulantes incrementam o crescimento vegetal através da produção de hormonas vegetais, por exemplos espécies de Pseudomonas. É muito frequente e desejável que o microrganismo escolhido para promover o crescimento vegetal tenha
Introdução
capacidade de o fazer de diferentes modos, ou seja ser simultaneamente biofertilizante e biopesticida por exemplo (Fuentes-Ramirez e Caballero- Mellado, 2005).
1.2.2.1. Mecanismos de promoção do crescimento vegetal
Os mecanismos bacterianos de promoção do crescimento vegetal incluem a fixação biológica do azoto atmosférico (N2), síntese de hormonas vegetais,
alívio dos stress ambientais, sinergismo com outras interacções planta/ microrganismos, inibição da síntese de etileno, aumento da disponibilidade de nutrientes, tais como fósforo, ferro e oligonutrientes, e incremento do crescimento por composto voláteis (Avis et al., 2008; Bashan, 1998; Fuentes- Ramirez e Caballero-Mellado, 2005).
1.2.2.2. Bactérias fixadoras de azoto atmosférico de vida livre
A fixação biológica do azoto atmosférico é considerada uma fonte renovável de azoto para a agricultura (Niranjan-Raj et al., 2005). Este metabolismo requer a presença do complexo enzimático da nitrogenase e uma elevada quantidade de energia. A síntese e actividade da enzima nitrogenase nas bactérias são reguladas por uma série de factores ambientais: quantidade de amónio disponível, pressão parcial de oxigénio ambiental, disponibilidade em molibdénio e vanádio, o rácio C/N das fontes de C e N consumidas e a intensidade luminosas nas bactérias fotossintéticas. Outros factores que afectam a fixação de azoto atmosférico são a temperatura e a disponibilidade em ferro (O'Hara et al., 2002).
Os genes nif, os quais codificam o complexo enzimático da nitrogenase, estão presentes em diversos géneros bacterianos, por exemplo Rhizobium sp.,
Azotobacter sp. ou Pseudomonas sp. Esta diversidade genética vai traduzir-se
em diferentes habitats ocupados. Por exemplo, o metabolismo de fixação do azoto atmosférico é estritamente anaeróbio e, no entanto, as espécies bacterianas com este metabolismo podem ser aeróbias, microaerofílicas ou anaeróbias estritas (Kennedy et al., 2004).
Tradicionalmente, a pesquisa e aplicação de bactérias fixadores de azoto atmosférico centra-se nas espécies simbiontes, em particular no género
Rhizobium. Esta escolha baseia-se na importância que as leguminosas têm na
agricultura e nas vantagens da simbiose. A capacidade de estabelecer uma simbiose é uma vantagem competitiva para os inóculos microbianos, sendo necessário introduzir uma menor quantidade de inóculo para obter o efeito desejado. Adicionalmente, a simbiose garante uma maior eficiência na nutrição vegetal e maior consistência nos resultados da aplicação destes microrganismos (Bashan, 1998; Niranjan-Raj et al., 2005; Zahran, 1999).
Contudo, a grande desvantagem da utilização de simbiontes é que o seu efeito se encontra restrito a algumas espécies vegetais. A utilização de espécies bacterianas fixadoras de azoto atmosférico e de vida livre é uma alternativa viável à utilização de simbiontes (Niranjan-Raj et al., 2005). Alguns autores sugerem pesquisar bactérias endófitas, ou seja capazes de infectar e crescer no interior do tecido radicular (Iniguez et al., 2004).
1.2.2.3. Bactérias solubilizadoras de fosfato
A comunidade microbiana do solo pode utilizar fontes orgânicas e inorgânicas para obter o fósforo necessário ao seu metabolismo. Os mecanismos envolvidos na utilização destas duas fontes são distintos. A produção de fosfatases é o principal mecanismo para aproveitamento de fontes orgânicas. Enquanto, a produção de ácidos orgânicos é a principal estratégia para retirar os iões fosfato das formas inorgânicas (Bünemann e Condron, 2007; Richardson, 2007; Richardson et al., 2009).
Existem duas estratégias principais de manipulação dos microrganismos do solo para incrementar a disponibilidade em fosfato: (i) estimular a comunidade indígena e (ii) adicionar microrganismos específicos (Richardson, 2007). A comunidade microbiana é muito eficiente na obtenção de fosfato para satisfazer as suas necessidades nutricionais. Portanto, a adição de compostos orgânicos ou a aplicação de práticas agrícolas que favoreçam a comunidade microbiana vai permitir uma maior mobilização do fósforo. A comunidade microbiana vai incorporar o fósforo disponível na sua biomassa e dada a sua
Introdução
rápida transformação, este acabará por ficar disponível para as plantas (Richardson, 2007; Richardson et al., 2009).
Recentemente, tem aumentado o interesse em adicionar microrganismos específicos que aumentem a eficiência do uso de fertilizantes por parte das plantas (Adesemoye et al., 2008, 2009; Richardson, 2007). As espécies microbianas predominantemente utilizadas têm sido Pseudomonas, Bacillus,
Penicillium e Aspergillus. Contudo, a inconsistência nos resultados da
aplicação destes microrganismos em condições de campo tem impedido a sua utilização generalizada. Existem diversos factores que podem explicar esta inconsistência dos resultados, por exemplo problemas no processo de selecção dos microrganismos para inóculo ou no modo de introdução e estabelecimento do inóculo (Richardson, 2007).